JP2022527484A - Microwave device and method - Google Patents
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Abstract
マイクロ波装置及び方法が提供される。マイクロ波装置は、選択された動作周波数又は周波数範囲を有するマイクロ波エネルギーを、マイクロ波フィード線の遠位端から延びるか又は遠位端に結合される放射素子に送達するように構成されるマイクロ波フィード線と、放射素子と、マイクロ波フィード線の中又は上に形成されるリアクタンス素子とを備え、動作周波数又は周波数範囲は、リアクタンス素子が、放射素子のインピーダンスとマイクロ波フィード線のインピーダンスとの間に所望の程度の整合を提供すると共に、フィード線の接地に流れる表面電流を低減又は除去するように選択される。Microwave devices and methods are provided. The microwave device is configured to deliver microwave energy with a selected operating frequency or frequency range to a radiating element extending from or coupled to the distal end of the microwave feed line. The wave feed line, the radiating element, and the reactorance element formed in or on the microwave feed line are provided, and the operating frequency or frequency range is such that the reactorance element determines the impedance of the radiating element and the impedance of the microwave feed line. It is selected to reduce or eliminate the surface current flowing to the ground of the feed line while providing the desired degree of matching between.
Description
本発明は、マイクロ波アンテナ装置及び方法、例えば、リアクタンス素子がインピーダンス整合と表面電流の低減又は除去の両方を提供するマイクロ波アンテナ装置に関する。 The present invention relates to microwave antenna devices and methods, eg, microwave antenna devices in which reactance devices provide both impedance matching and reduction or elimination of surface currents.
アブレーション又は非アブレーション目的で生体組織にエネルギーを送達するために、医療用エネルギーシステムにおいてインタースティシャルアンテナを使用することが知られている。ほとんどのエネルギーアブレーションシステムでは、エネルギーは、エネルギー発生器から、接続ケーブルを介して、エネルギーを組織に伝達する放射アプリケータに送達される。これらのアプリケータにおいて、放射素子は、組織によって囲まれるか、又は組織と接触して配置される。このようなシステムでは、標準的な実務は、組織の温度を43°Cから45°Cに、例えば、60°C、70°C又は100°Cを超えて上昇させるために、典型的には1~20分の任意の時間持続する治療のためのエネルギーを送達することである。壊死が所望のアブレーションゾーン内で起こるように、組織の温度を上昇させることがある。エネルギーは、必要なレベルのエネルギーをエネルギー放出の間確実に維持又は制御するために、振幅変調又はパルス幅変調デューティサイクルを有するように送達されてもよい。 It is known to use interstitial antennas in medical energy systems to deliver energy to living tissue for ablation or non-ablation purposes. In most energy ablation systems, energy is delivered from the energy generator to a radiant applicator that transfers the energy to the tissue via a connecting cable. In these applicators, the radiating element is either surrounded by tissue or placed in contact with tissue. In such systems, standard practice is typically to raise the temperature of the tissue from 43 ° C to 45 ° C, for example above 60 ° C, 70 ° C or 100 ° C. Delivering energy for treatment that lasts for any time of 1 to 20 minutes. The temperature of the tissue may be increased so that necrosis occurs within the desired ablation zone. The energy may be delivered to have an amplitude modulation or pulse width modulation duty cycle to ensure that the required level of energy is maintained or controlled during energy release.
治療の1つの望ましくない側面は、アンテナ表面電流からの放射の存在であり得る。アンテナ表面電流からの放射によって、所望の標的アブレーションゾーンを超えて隣接する健康な組織が加熱又はアブレーションされてしまう場合がある。状況によっては、追加の放射が理想的な等方性(例えば、球状)の壊死ゾーンをより涙形の(涙滴)形状に歪ませることがあり、これはアブレーションの計画時に問題となることがある。 One undesired aspect of treatment may be the presence of radiation from the antenna surface current. Radiation from the antenna surface current can heat or ablate adjacent healthy tissue beyond the desired target ablation zone. In some situations, additional radiation can distort the ideal isotropic (eg, spherical) necrotic zone into a more tear-shaped (teardrop) shape, which can be a problem when planning ablation. be.
典型的には、アブレーションアンテナは、組織標的のインピーダンスに整合する放射素子を生成するために同軸伝送線の内側導体及び外側導体の配置を利用するモノポール又はダイポール法の周囲に形成される。アンテナ内を流れる交流電流により、電磁波が発生して、周囲の組織に放射される。伝送線外側導体に接続又は結合されたアンテナ素子内を流れる電流は、同軸伝送線の外側導体上を流れることによって発生器に戻る。 Typically, the ablation antenna is formed around a monopole or dipole method that utilizes the arrangement of the inner and outer conductors of the coaxial transmission line to produce a radiating element that matches the impedance of the tissue target. Alternating current flowing through the antenna generates electromagnetic waves that are radiated to surrounding tissues. The current flowing in the antenna element connected to or coupled to the outer conductor of the transmission line returns to the generator by flowing on the outer conductor of the coaxial transmission line.
同軸伝送線の外側導体を流下することによって発生器に戻る電流は、コモンモード電流と呼ばれることがある。これらのコモンモード電流は、同軸伝送線の外側導体からの放射を誘導し、アンテナ放射パターンを歪ませることがある。伝送線の全体的な電気的長さは、コモンモード電流に対する伝送線の感受性に大きな影響を及ぼし得る。 The current returned to the generator by flowing down the outer conductor of the coaxial transmission line is sometimes referred to as the common mode current. These common-mode currents can induce radiation from the outer conductors of the coaxial transmission line and distort the antenna radiation pattern. The overall electrical length of the transmission line can have a significant effect on the transmission line's sensitivity to common mode currents.
バランを使用して、放射素子と伝送線外側導体との間の偶モード及び奇モード電流を平衡させることができる。バラン(balun)は、平衡放射素子の位相を不平衡同軸フィード線に整合させて、コモンモード電流が流れるのを防止する。コモンモード電流の流れを防止することにより、均一な電界パターンを確保し得る。 Baluns can be used to balance even and odd mode currents between the radiating element and the outer conductor of the transmission line. The balun matches the phase of the balanced radiating element to the unbalanced coaxial feed line to prevent common mode currents from flowing. By preventing the flow of common mode current, a uniform electric field pattern can be ensured.
バランの制限の1つは、バランが4分の1波長部分を含む場合があり、それは設計に空間的制約を課し得ることである。誘電体負荷は、同じ電気的長さの伝送線の物理的サイズを低減するために使用できることが知られている。コンパクトな形状を維持するために誘電体負荷がしばしば用いられる。一般に使用される誘電体には、アルミナ、ジルコニア又はウォータージャケット等の様々なマイクロ波セラミックが含まれる。通常、ダイポールアンテナは平衡型アンテナであり、一方、モノポールアンテナは不平衡型アンテナである。モノポールアンテナの場合、不平衡線路を不平衡放射素子に整合させるために、バランとは対照的にアンアン(unun)が使用されてもよい。 One of the limitations of the balun is that the balun may contain a quarter wavelength portion, which may impose spatial constraints on the design. Dielectric loads are known to be used to reduce the physical size of transmission lines of the same electrical length. Dielectric loads are often used to maintain a compact shape. Commonly used dielectrics include various microwave ceramics such as alumina, zirconia or water jackets. Usually, a dipole antenna is a balanced antenna, while a monopole antenna is an unbalanced antenna. In the case of a monopole antenna, an unun may be used as opposed to a balun to match the unbalanced line to the unbalanced radiating element.
表面電流を低減する別の方法は、外側接地面の周りに導電性スリーブ又はシールドを形成することである。導電性スリーブ又はシールドは、望ましくない表面電流を相殺するために位相を利用して、表面電流を捕捉しかつ反射する。導電性スリーブ又はシールドは、チョーク又はスリーブバラン若しくはバズーカバランと呼ばれることがある。チョーク又はスリーブ若しくはバズーカバランは、典型的には、4分の1波長部分を形成するために外側導体に接地され、さらにサイズを小さくするために誘電体で充填され得る。 Another way to reduce surface current is to form a conductive sleeve or shield around the outer tread. The conductive sleeve or shield utilizes phase to offset unwanted surface currents to capture and reflect surface currents. The conductive sleeve or shield may be referred to as a choke or sleeve balun or bazooka balun. The choke or sleeve or bazooka balun can typically be grounded to the outer conductor to form a quarter wavelength portion and filled with a dielectric to further reduce its size.
上述の方法は、例えば、バラン又はチョーク機構を形成するために必要とされる全ての構成要素を収容するためにアンテナ構造の直径を物理的に増大させることによって、アンテナ構造の複雑さ及び製造を著しく増大させる可能性のある幾何学的要件を有する場合がある。 The methods described above increase the complexity and manufacture of the antenna structure, for example by physically increasing the diameter of the antenna structure to accommodate all the components required to form a balun or choke mechanism. May have geometric requirements that can increase significantly.
第1の態様において、マイクロ波装置が提供され、このマイクロ波装置は、選択された動作周波数又は周波数範囲を有するマイクロ波エネルギーを、マイクロ波フィード線の遠位端から延びるか又は前記遠位端に結合された放射素子に送達するように構成されるマイクロ波フィード線と、前記放射素子と、前記マイクロ波フィード線の中又は上に形成されるリアクタンス素子とを備え、前記動作周波数又は周波数範囲は、前記リアクタンス素子が、前記放射素子のインピーダンスと前記マイクロ波フィード線のインピーダンスとの間に所望の程度の整合を提供すると共に、前記フィード線の接地に流れる表面電流を低減又は除去するように選択される。 In a first aspect, a microwave device is provided that extends or extends microwave energy with a selected operating frequency or frequency range from the distal end of a microwave feed line or said distal end. It comprises a microwave feed line configured to deliver to a radiating element coupled to the radiating element, said radiating element, and a reactorance element formed in or on the microwave feed line, said operating frequency or frequency range. So that the reactorance element provides the desired degree of matching between the impedance of the radiating element and the impedance of the microwave feed line and reduces or eliminates the surface current flowing through the ground of the feed line. Be selected.
前記マイクロ波フィード線は、同軸ケーブルを含み得る。前記接地は、前記同軸ケーブルの外側導体を含み得る。 The microwave feed wire may include a coaxial cable. The ground may include the outer conductor of the coaxial cable.
前記リアクタンス素子は、前記外側導体に形成される少なくとも1つの開口部を含み得る。前記開口部は、前記外側導体の一部を選択的に除去することによって形成され得る。 The reactance element may include at least one opening formed in the outer conductor. The opening may be formed by selectively removing a portion of the outer conductor.
前記少なくとも1つの開口部は、少なくとも1つの長手方向スロットを含み得る。 The at least one opening may include at least one longitudinal slot.
少なくとも1つの導電性ストリップが、前記長手方向スロット間に残り得る。前記少なくとも1つの導電性ストリップは、誘導性導体素子を形成し得る。 At least one conductive strip may remain between the longitudinal slots. The at least one conductive strip may form an inductive conductor element.
前記リアクタンス素子は、前記少なくとも1つの長手方向スロットを横切って配置される少なくとも1つの導電性ワイヤをさらに含む。 The reactance element further comprises at least one conductive wire disposed across the at least one longitudinal slot.
前記リアクタンス素子は、前記同軸ケーブルの遠位端に少なくとも1つの容量性リングを含み得る。前記容量性リング又は各容量性リングは、前記少なくとも1つの開口部の形成後に残る外側導体材料のリングを含み得る。 The reactance element may include at least one capacitive ring at the distal end of the coaxial cable. The capacitive ring or each capacitive ring may include a ring of outer conductor material that remains after the formation of the at least one opening.
前記少なくとも1つの容量性リングは、前記少なくとも1つの誘導性導体素子に電気的に接続され得る。 The at least one capacitive ring may be electrically connected to the at least one inductive conductor element.
前記誘導性導体素子は、前記誘導性導体素子の長さに沿って少なくとも1つの不連続部を含み得る。前記少なくとも1つの不連続部は、静電容量を提供し得る。 The inductive conductor element may include at least one discontinuity along the length of the inductive conductor element. The at least one discontinuity may provide capacitance.
前記少なくとも1つの長手方向スロットは、前記スロットの長さに沿って幅が変化し得る。 The at least one longitudinal slot may vary in width along the length of the slot.
前記少なくとも1つの長手方向スロットは、前記長手方向スロットの異なる部分が異なる幅を有するようにステップ状の幅を有し得る。 The at least one longitudinal slot may have a stepped width such that different portions of the longitudinal slot have different widths.
前記少なくとも1つの長手方向スロットは、単一の長手方向スロットであり得る。 The at least one longitudinal slot may be a single longitudinal slot.
前記少なくとも1つの長手方向スロットは、半径方向に対向する一対の長手方向スロットであり得る。 The at least one longitudinal slot may be a pair of radially opposed longitudinal slots.
前記放射素子は、モノポールアンテナを含み得る。 The radiating element may include a monopole antenna.
前記放射素子は、前記同軸ケーブルの内側導体の露出した遠位部分を含んでもよく、前記同軸ケーブルの前記内側導体は、前記同軸ケーブルの外側導体よりも長い。 The radiating element may include an exposed distal portion of the inner conductor of the coaxial cable, the inner conductor of the coaxial cable being longer than the outer conductor of the coaxial cable.
前記表面電流は、コモンモード電流を含み得る。 The surface current may include a common mode current.
前記マイクロ波装置は、前記動作周波数又は周波数範囲で組織のマイクロ波アブレーションを実行するように構成され得る。前記マイクロ波装置は、前記動作周波数又は周波数範囲で組織温熱療法を実行するように構成され得る。 The microwave device may be configured to perform microwave ablation of tissue in said operating frequency or frequency range. The microwave device may be configured to perform tissue hyperthermia at said operating frequency or frequency range.
独立して提供され得るさらなる態様では、マイクロ波システムが提供され、このマイクロ波システムは、マイクロ波発生器と、選択された動作周波数又は周波数範囲を有するマイクロ波エネルギーを生成するように前記マイクロ波発生器を制御するように構成されるコントローラと、マイクロ波フィード線の遠位端から延びるか又は前記遠位端に結合される放射素子に前記マイクロ波エネルギーを送達するように構成されるマイクロ波フィード線と、前記放射素子と、前記マイクロ波フィード線の中又は上に形成されるリアクタンス素子とを備え、前記動作周波数又は周波数範囲は、前記リアクタンス素子が、前記放射素子のインピーダンスと前記マイクロ波フィード線のインピーダンスとの間に所望の程度の整合を提供すると共に、前記フィード線の接地に流れる表面電流を低減又は除去するように選択される。 In a further aspect that may be provided independently, a microwave system is provided, the microwave system comprising a microwave generator and said microwaves to generate microwave energy having a selected operating frequency or frequency range. A controller configured to control the generator and a microwave configured to deliver the microwave energy to a radiation element extending from or coupled to the distal end of the microwave feed line. The feed line, the radiating element, and the reactors element formed in or on the microwave feed line are provided, and the operating frequency or frequency range is such that the reactors element has the impedance of the radiating element and the microwave. It is selected to provide the desired degree of matching with the impedance of the feed wire and to reduce or eliminate the surface current flowing through the ground of the feed wire.
独立して提供され得るさらなる態様において、提供される方法は、選択された動作周波数又は周波数範囲を有するマイクロ波エネルギーを生成するようにマイクロ波発生器を制御するステップと、マイクロ波フィード線の遠位端から延びるか又は前記遠位端に結合される放射素子に前記マイクロ波フィード線によってマイクロ波エネルギーを送達するステップであって、前記マイクロ波フィード線の中又は上にリアクタンス素子が形成されるステップとを含み、前記動作周波数又は周波数範囲は、前記リアクタンス素子が、前記放射素子のインピーダンスと前記マイクロ波フィード線のインピーダンスとの間に所望の程度の整合を提供すると共に、前記フィード線の接地に流れる表面電流を低減又は除去するように選択される。 In a further embodiment that may be provided independently, the provided method is a step of controlling the microwave generator to generate microwave energy with a selected operating frequency or frequency range, and a distance of the microwave feed line. A reaction element is formed in or on the microwave feed line in a step of delivering microwave energy by the microwave feed line to a radiation element extending from the position end or coupled to the distal end. The operating frequency or frequency range, including the step, is such that the reactorance element provides the desired degree of matching between the impedance of the radiating element and the impedance of the microwave feed line, and the ground of the feed line. It is selected to reduce or eliminate the surface current flowing through it.
独立して提供され得るさらなる態様において、マイクロ波装置を設計する方法が提供され、この方法は、マイクロ波フィード線の遠位端から延びるか又は前記遠位端に結合される放射素子の選択される周波数又は周波数範囲で動作をシミュレーションするステップと、反復設計手順を実行するステップであって、前記放射素子の離調をシミュレーションすること、及び前記マイクロ波フィード線の中又は上に形成されるリアクタンス素子のリアクタンス特性を選択することを含むステップとを含み、前記選択された周波数又は周波数範囲で、前記リアクタンス素子の前記リアクタンス特性が、前記放射素子のシミュレーションされたインピーダンスと前記マイクロ波フィード線のシミュレーションされたインピーダンスとの間に所望の程度の整合を提供すると共に、前記フィード線の接地に流れるシミュレーションされた表面電流を低減又は除去するまで、前記反復設計手順が繰り返される。 In a further embodiment that may be provided independently, a method of designing a microwave device is provided in which the method selects a radiating element that extends from or is coupled to the distal end of the microwave feed line. A step of simulating operation over a certain frequency or frequency range, and a step of performing an iterative design procedure to simulate the detuning of the radiating element and the reactors formed in or on the microwave feed line. In the selected frequency or frequency range, the reactorance characteristics of the reactors include the simulated impedance of the radiation element and the simulation of the microwave feed line, including the step of selecting the reactorance characteristics of the element. The iterative design procedure is repeated until the simulated surface current flowing through the ground of the feed line is reduced or eliminated while providing the desired degree of matching to the impedance.
独立して提供され得るさらなる態様において、マイクロ波装置を製造する方法が提供され、この方法は、同軸ケーブルを提供するステップと、前記同軸ケーブルの遠位端において、放射アンテナ素子を形成するように、前記同軸ケーブルの外側導体の遠位部分を選択的に除去して内側導体の遠位部分を露出させるステップと、前記同軸ケーブルの前記外側導体の少なくとも1つのさらなる部分を選択的に除去することによって、前記同軸ケーブルの前記外側導体に少なくとも1つの開口部を形成するステップと、前記少なくとも1つの開口部のパラメータは、選択された動作周波数又は周波数範囲で動作したときに、前記放射素子のインピーダンスと前記マイクロ波フィード線のインピーダンスとの間に所望の程度の整合を提供すると共に、前記フィード線の接地に流れる表面電流を低減又は除去するように選択される。 In a further aspect that may be provided independently, a method of manufacturing a microwave device is provided, such as forming a radiating antenna element at the step of providing a coaxial cable and at the distal end of the coaxial cable. , The step of selectively removing the distal portion of the outer conductor of the coaxial cable to expose the distal portion of the inner conductor, and selectively removing at least one additional portion of the outer conductor of the coaxial cable. The step of forming at least one opening in the outer conductor of the coaxial cable and the parameters of the at least one opening are the impedance of the radiating element when operated in a selected operating frequency or frequency range. It is selected to provide the desired degree of matching between and the impedance of the microwave feed wire and to reduce or eliminate the surface current flowing through the ground of the feed wire.
前記少なくとも1つの開口部は、少なくとも1つの長手方向スロットを含み得る。 The at least one opening may include at least one longitudinal slot.
前記外側導体の前記少なくとも1つのさらなる部分を選択的に除去することは、鋸引き、スライス、切断、燃焼、溶融、浸食、平面加工、研磨、ハイドロフォーミング、機械加工、レーザー切断、エッチング、酸侵食のうちの少なくとも1つを含み得る。 Selective removal of the at least one additional portion of the outer conductor is sawing, slicing, cutting, burning, melting, erosion, flattening, polishing, hydroforming, machining, laser cutting, etching, acid erosion. Can include at least one of.
アンテナ表面を加熱する不平衡電流を防止するためのエネルギー制御機構が記載される。 An energy control mechanism for preventing an unbalanced current that heats the antenna surface is described.
この方法は、電磁エネルギー発生システム、ケーブル配線、及びエネルギーを発生システムから受信装置に、例えば、エネルギーを生体組織に伝達する放射アプリケータアンテナに送るために使用されるアプリケータを含む。 The method includes an electromagnetic energy generating system, cabling, and an applicator used to send energy from the generating system to a receiving device, eg, a radiating applicator antenna that transfers energy to living tissue.
エネルギーは、放射素子を伝送チャネルに整合させるためにインピーダンス変換を行うと同時に、同じ領域を利用して伝送線の外側導体への表面電流の戻りを制限するために、高インピーダンス不連続性を利用して放射素子に送達される。 The energy utilizes high impedance discontinuity to use the same region to limit the return of surface current to the outer conductor of the transmission line while performing impedance conversion to match the radiating element to the transmission channel. And delivered to the radiating element.
マイクロ波エネルギーを組織内に送達するためのよりコンパクトなアンテナを提供し得る。簡単な技術を使用して、アンテナをフィード線に整合させることができ、これにより、コモンモード電流を低減することができ、製造が過度に複雑になることがない。 It may provide a more compact antenna for delivering microwave energy into the tissue. A simple technique can be used to match the antenna to the feed line, which can reduce the common mode current and not overly complicate manufacturing.
アンテナをフィード線に整合させるために、インピーダンス変換器を使用し得る。整合ネットワークは、スタブ、4分の1波長変換器(位相及びインピーダンス)又はリアクタンス同調機能等の同調素子の周囲に構築され得る。誘導性リアクタンスは、通常、中心導体の長さによって形成し得る。容量性リアクタンスは、通常、同軸間隔によって制御し得る。インピーダンスを変化させるために、誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスの組み合わせを使用し得る。典型的なリアクタンス整合は、T及びPiネットワーク構造を含み得る。誘導性接地素子を備えた平衡Pi配置(例えば、Oパッド構造)は、コモンモードチョークのように動作し得る信号線と接地線の両方に誘導性リアクタンスを配置するので利点が増大する。 Impedance transducers can be used to match the antenna to the feed line. A matching network can be constructed around tuning elements such as stubs, quarter wavelength transducers (phase and impedance) or reactance tuning functions. Inductive reactance can usually be formed by the length of the central conductor. Capacitive reactance can usually be controlled by coaxial spacing. A combination of inductive reactance and capacitive reactance can be used to change the impedance. Typical reactance matching may include T and Pi network structures. A balanced Pi arrangement with an inductive grounding element (eg, an O-pad structure) increases the advantage by placing the inductive reactance on both the signal line and the ground line, which can operate like a common mode choke.
これは、例えば、標準的なアンテナ設計が、1つの方法によって理想的なアンテナを伝送フィードに整合させることができ、次いで、コモンモード電流を処理するために二次的な方法を採用し得ることを意味する。 This means that, for example, a standard antenna design can match the ideal antenna to the transmission feed in one way, and then a secondary method can be adopted to handle the common mode current. Means.
より効率的であり得る本明細書に記載のアプローチは、コモンモード電流を相殺するためにアンテナ不整合からの戻りエネルギーを利用することによって不平衡インピーダンス整合をサポートする単一の構造、素子、特徴、又は方法を生成することを含む。これは、意図的かつ破壊的に相殺するようにフィード線とアンテナ不整合のリアクタンス特性を同時に調整し得ることを意味する。 The approach described herein, which may be more efficient, is a single structure, element, feature that supports unbalanced impedance matching by utilizing the return energy from antenna mismatch to offset common mode currents. , Or to generate a method. This means that the reactance characteristics of the feed line and antenna mismatch can be adjusted simultaneously so as to intentionally and destructively cancel each other out.
誘導性信号素子及び接地素子は、組み合わされた整合チョーク機能を生成するように、容量性接地素子と共に含まれる。 The inductive signal element and the grounding element are included together with the capacitive grounding element so as to generate a combined matching choke function.
一態様では、マイクロ波治療針は、放射素子を有しかつマイクロ波エネルギーを標的組織に送達するように整合されたマイクロ波アンテナを備え、フィード線接地のリアクタンス特性を含み、リアクタンス特性と併せて放射素子の不整合を利用して、フィード線上に通常存在する表面電流を同時に整合させかつチョークする。 In one aspect, the microwave treatment needle comprises a microwave antenna having a radiating element and tuned to deliver microwave energy to the target tissue, including a feed line grounded reactorance characteristic, in conjunction with the reactorance characteristic. The mismatch of the radiating element is used to simultaneously match and choke the surface current normally present on the feed line.
リアクタンス特性は、フィード線外側導体に形成された容量性素子を横切って電気的に接続された誘導性導体によって実現し得る。 The reactance property can be realized by an inductive conductor electrically connected across a capacitive element formed in the feed line outer conductor.
リアクタンス容量特性は、外側導体から除去された導電性材料のスロットによって実現し得る。 The reactance capacitance characteristic can be realized by the slots of the conductive material removed from the outer conductor.
このリアクタンス容量特性は、アンテナ外側導体上の導電性リング又はカラーによってさらに実現し得る。 This reactance capacitance characteristic can be further realized by a conductive ring or collar on the outer conductor of the antenna.
リアクタンス誘導特性は、外側導体に形成された薄い導体によって実現し得る。 The reactance inductive property can be realized by a thin conductor formed on the outer conductor.
リアクタンス誘導特性は、外側導体に電気的に取り付けられた細いワイヤによって実現し得る。 The reactance inductive property can be realized by a thin wire electrically attached to the outer conductor.
リアクタンス誘導特性は、容量性リングに電気的に接続し得る。 The reactance inducing property can be electrically connected to the capacitive ring.
容量性リングは、放射素子のフィード点に隣接し、接近し、又はその位置にあってもよい。 The capacitive ring may be adjacent to, close to, or in position of the feed point of the radiating element.
放射素子は、リアクタンス特性から分離されていてもよいが、それと共に動作するように設計されている。 The radiating element may be separated from the reactance characteristics, but is designed to work with it.
リアクタンス特性は、アンテナの不整合に対する相殺により、同軸フィード上の表面電流に対して高いインピーダンスを示し得る。 The reactance characteristics can exhibit high impedance to the surface current on the coaxial feed by offsetting the antenna mismatch.
また、添付図面を参照して本明細書に実質的に記載された装置又は方法も提供され得る。 Also provided are devices or methods substantially described herein with reference to the accompanying drawings.
本発明の1つの態様における任意の特徴は、任意の適切な組み合わせで、本発明の他の態様に適用し得る。例えば、装置の特徴を方法の特徴に適用してもよく、その逆も可能である。 Any feature in one aspect of the invention may be applied to other aspects of the invention in any suitable combination. For example, the characteristics of the device may be applied to the characteristics of the method and vice versa.
次に、本発明の実施形態を非限定的な例として説明する共に、以下の図に示す。 Next, an embodiment of the present invention will be described as a non-limiting example, and will be shown in the following figure.
インピーダンス整合を提供し、かつ表面電流を低減又は除去するアンテナ構成要素は、整合チョークと呼ばれ得る。整合チョークは、放射素子を伝送チャネルに整合させるためにインピーダンス変換を行う高インピーダンス不連続性を提供し得る。整合チョークは、伝送線の外側導体への表面電流の戻りを同時に制限し得る。 Antenna components that provide impedance matching and reduce or eliminate surface current can be referred to as matching chokes. Matching chokes can provide high impedance discontinuities that perform impedance conversions to match the radiating element to the transmission channel. The matching choke can simultaneously limit the return of surface current to the outer conductor of the transmission line.
アンテナ整合チョークを表す等価回路を図1の回路図に示す。 The equivalent circuit representing the antenna matching choke is shown in the circuit diagram of FIG.
図1の実施形態では、アンテナは、同軸フィード、放射素子、及び整合チョークを備えている。アンテナは、例えば、図2を参照して後述するようなアンテナであってもよい。図2の実施形態では、モノポール放射素子7は、内側導体の露出部分が突出してモノポール放射素子7として作用するように、同軸ケーブルの外側導体及び誘電体8の一部を切削することにより同軸ケーブルから形成される。モノポール放射素子7の基部まで延びる同軸ケーブルの部分は、モノポール放射素子7にエネルギーを送達する同軸フィードとして機能する。
In the embodiment of FIG. 1, the antenna comprises a coaxial feed, a radiating element, and a matching choke. The antenna may be, for example, an antenna as described later with reference to FIG. In the embodiment of FIG. 2, the
この簡易回路では、同軸フィードの直列インダクタンスがインダクタ1で表されている。同軸フィードの直列静電容量が静電容量2で表されている。また、回路は、同軸フィード線インダクタンスと並列のリアクタンス素子を含む。リアクタンス素子は、整合チョークのリアクタンス特性を表す。リアクタンス素子は、容量特性3と誘導特性4とを備える。
In this simple circuit, the series inductance of the coaxial feed is represented by the
図2に示す実施形態では、リアクタンスLC素子は、同軸外側導体における短絡スロットとして実現される。短絡スロット機能は、表面電流を抑制し、アンテナインピーダンス(Zアンテナ)を同軸フィード線インピーダンス(Zフィード線)と整合させる高インピーダンス点を回路内に生成する。例えば、同軸フィード線は、50オーム又は75オーム、あるいは他の任意の標準同軸フィードインピーダンスとし得る。アンテナインピーダンスは、任意のインピーダンス、例えば、70オームから300オームまでの任意のインピーダンスとし得る。アンテナインピーダンスは、アンテナ及び放射が意図される組織の設計に依存する。インピーダンスの整合は、所望の程度の整合を提供すること等であってもよく、例えば、12dBと15dBとの間のアンテナ反射減衰量を達成するようなものであってもよい。 In the embodiment shown in FIG. 2, the reactance LC element is realized as a short-circuit slot in the coaxial outer conductor. The short circuit slot function suppresses the surface current and creates a high impedance point in the circuit that matches the antenna impedance (Z antenna) with the coaxial feed line impedance (Z feed line). For example, the coaxial feed line can be 50 ohms or 75 ohms, or any other standard coaxial feed impedance. The antenna impedance can be any impedance, eg, any impedance from 70 ohms to 300 ohms. Antenna impedance depends on the design of the antenna and the tissue for which radiation is intended. Impedance matching may be such as to provide the desired degree of matching, eg, to achieve antenna reflection attenuation between 12 dB and 15 dB.
整合チョークの実現例を図2に示す。図2は、同じアンテナの3つの図を含む。第1の(上側)図では、アンテナの構成要素が輪郭図で示される。第2(中央)と第3(下側)の図では、導電性構成要素は黒色で表示され、非導電性構成要素と区別される。第3の図は、第1及び第2の図と比較して、アンテナがその長手方向軸の周りに約90度回転したことを示す。 An example of realizing a matching choke is shown in FIG. FIG. 2 includes three figures of the same antenna. In the first (upper) figure, the components of the antenna are shown in contour. In the second (center) and third (lower) figures, the conductive components are displayed in black to distinguish them from the non-conductive components. The third figure shows that the antenna has rotated about 90 degrees around its longitudinal axis as compared to the first and second figures.
図2の実施形態では、整合チョークは単純なモノポールアンテナに適用される。他の実施形態では、整合チョークは、モノポールに限定されない任意の他のアンテナタイプに適用し得る。 In the embodiment of FIG. 2, the matching choke is applied to a simple monopole antenna. In other embodiments, the matching choke may be applied to any other antenna type, not limited to monopoles.
放射モノポール7は、同軸フィードの絶縁誘電体8によって同軸フィードの外側導体から分離される。放射モノポール7は、放射モノポール7と整合チョークによって使用される同軸フィードとの間に不整合を生じさせるように離調される。
The radiating
金属導電性部は、部分9(誘導性フィード)、部分11(容量性リング)及び部分10(同軸外側導体)によって示される。図2のスロット5は、同軸フィードの外側導体が除去されて内側誘電体8が露出し、その誘導特性が変化した領域である。本実施形態では、内側誘電体8の少なくとも一部は、外側導体の領域が除去されたときに所定の位置に留まる。さらなる実施形態では、内側誘電体8の領域も除去され、内側導体の一部が露出される。内側導体の露出は、高誘電材料が露出部分に近接して配置される場合に有益であり得る。いくつかの状況では、高誘電材料への近接は、スロットのサイズを小さくするために利用されてもよい。
The metal conductive portion is represented by a portion 9 (inductive feed), a portion 11 (capacitive ring) and a portion 10 (coaxial outer conductor). The
スロット5は、同軸フィードの一部に沿って長手方向に延びる。スロット5は、同軸フィードの周囲に、例えば、約120度~150度延在している。さらなるスロット5Aは、スロット5から同軸フィードの反対側に配置され、スロット5と同じ比率を有する。
スロット5及び5Aは、同軸フィードの遠位端まで延在しない。外側導体の一部を除去してスロット5及び5Aを形成した場合に、外側導体材料のリングが同軸フィードの遠位端に残る。このリングは、容量性リング11と呼ばれ得る。
誘導性素子4として回路図に示されている並列誘導性素子は、導体素子9によって生成され、これは誘導性フィードと呼ばれ得る。導体素子9は、同軸ケーブルの外側導体の本体をモノポールフィード点の近傍でリング素子11に接合する。導体素子9は、スロット5とスロット5Aとの間に残る外側導体の部分から形成される。さらなる導体素子12が同軸フィードの反対側に存在する。
The parallel inductive element shown in the schematic as the
外側導体に形成されたスロット5及びスロット5A及び対応するリング素子11は、誘導性素子9及び12と平衡して、モノポールを同軸フィード線に整合させる容量特性を形成する。同時に、誘導性素子9及び12は、外側導体10に流れる表面電流を抑制するための高インピーダンス経路を提供する。この実施形態では、平衡のとれた一対の誘導性導体を提供するために、2つの導電性ストリップ9、12が直径方向に配置されている。誘導性導体9、12は、放射素子7から離れて配置されているので、接線軸における放射界の真円度と干渉しない。
図2のアンテナの多数の断面を図3に示す。図3の第1の(上側)図は、アンテナの側面図を示している。第2(左下)及び第4(右下)の図は、それぞれ図2のアンテナの軸方向断面を示す。第3の(下中央)図は、外側導体の材料が異なる方法で除去され、残りの導電性ストリップの異なるプロファイルを形成する類似のアンテナの軸方向断面を示す。 A large number of cross sections of the antenna of FIG. 2 are shown in FIG. The first (upper) view of FIG. 3 shows a side view of the antenna. The second (lower left) and fourth (lower right) figures show the axial cross sections of the antenna of FIG. 2, respectively. The third (bottom center) figure shows an axial cross section of a similar antenna in which the material of the outer conductor is removed in different ways to form different profiles of the remaining conductive strips.
図2の実施形態では、導体9及び12は、外側導体材料の一部を除去して、幅が減少した導体素子9、12を残すことによって形成される。この材料は、例えば、鋸引き、スライス、切断、燃焼、溶融、浸食、平面加工、研磨、ハイドロフォーミング、機械加工、レーザー切断、又はそれを除去するための他の任意の方法によって、中央軸に対して垂直になるように除去し得る。
In the embodiment of FIG. 2, the
また、図3の第3の図に示す例では、材料は、導体9A、12Aのエッジにおいて任意の角度13になるように除去されてもよい。角度13は、エッチング又は酸侵食プロセスからのアンダーカットを表し得る。さらなる実施形態では、同軸ケーブルは、ギャップ5、5Aが既に所定の位置にある状態で製造し得る。
Further, in the example shown in the third figure of FIG. 3, the material may be removed so as to have an
図4は、図2のアンテナのさらに2つの断面を示す。図4は、明確にするために、この例における導電性同軸構造が、一方の軸にのみ存在し、他方の直交軸では不連続にされていることを示している。第1の(上側)断面は、スロット5、5Aを通る断面を示し、リング11及び残りの外側導体10の存在を示す。第2の(下側の)断面は、導電性ストリップ9、12を通って取られたものであり、外側導体は、この断面における同軸フィードの長さに沿って連続して見える。
FIG. 4 shows two additional cross sections of the antenna of FIG. FIG. 4 shows that, for clarity, the conductive coaxial structure in this example is present on only one axis and is discontinuous on the other orthogonal axis. The first (upper) cross section shows a cross section through
単一の導電性ストリップ17を有するさらなる実施形態を図5に示す。図5は4つの図を含んでいる。これらは、上から下へ、輪郭図で示されたアンテナの第1の方向、輪郭図で示されたアンテナの第2の回転方向、導電性材料が黒で示された回転方向、及び導電性材料が黒で示された第1の方向を含んでいる。
A further embodiment with a single
図5の実施形態では、単一のスロット14が外側導体に形成される。単一のスロット14は、例えば、280度から310度まで同軸フィードの周囲に延在し得る。スロットの長さを302.7度にすると、ケーブルの半径に等しい導体幅が得られる。この構成は、構造を単純化するためにも使用され得る。状況によっては、放射パターンの真円度は、図6に示されるように、図5のアンテナの構造における対称性の欠如による不平衡によって最小限の影響を受け得る。図6は、次に上から下に説明する4つの図を含んでいる。図6の第1の(上側)図は、単一の導電性ストリップ17を示す、図5のアンテナの軸方向断面図である。図6の第2の図は、図5のアンテナの側面図である。図7の第3の図及び第4の(下側)図は、垂直角度で取られた長手方向断面である。
In the embodiment of FIG. 5, a
別の変形例が、図7において、向上した三軸対称性を提供するか、又は外側導体と容量性リング11との間の機械的力を平衡させ得る三導体構成を備えて示されている。3つの導電性ストリップ18が同軸ケーブルの周囲に配置される。3つの導電性ストリップ18は、3つのスロット19の間に配置される。図7の第1の(上側)図は、図7のアンテナの側面図を示す。図7の第2の(下側)図は、軸方向断面を示す。
Another variant is shown in FIG. 7 with a three-conductor configuration that can provide improved triaxial symmetry or balance the mechanical force between the outer conductor and the
また、図8に示されるように、誘導性導体の配置は、追加の静電容量を加えるためのステップ状部分を含んでもよい。図8は、次に上から下に説明する4つの図を含んでいる。第1の(上側)図及び第2の図は、第1のステップ状スロットの実施形態を、輪郭(第1の図)で、及び黒色(第2の図)で表される導電性材料と共に示す。第1のステップ状スロットの実施形態では、スロットは、スロットの中心の広い部分21と、スロットの端部の狭い部分22、20とを含む。残りの導電性材料は、部分23として示される。
Also, as shown in FIG. 8, the arrangement of the inductive conductors may include stepped portions for adding additional capacitance. FIG. 8 contains four figures, described below from top to bottom. The first (upper) figure and the second figure show the embodiment of the first stepped slot in contour (first figure) and with a conductive material represented in black (second figure). show. In the first stepped slot embodiment, the slot comprises a
図8の第3の図及び第4の(下側)図は、第2のステップ状スロットの実施形態を、輪郭(第3の図)で、及び黒色で示された導電性材料(第4の図)と共に示す。図8のスロットは、中心24において狭く、側部24A、24Bにおいて広くなっている。他の実施形態では、スロットは、一方の側でのみ広がり又は狭くなっていてもよい。任意の数又は順序のステップを使用し得る。いくつかの実施形態では、ステップ状スロットは、この配置にさらなる静電容量を追加し、及び/又はアンテナとフィード線との間の整合の帯域幅を高めることができる。
The third and fourth (lower) views of FIG. 8 show an embodiment of the second stepped slot in contour (third figure) and in black, a conductive material (fourth). Figure). The slot in FIG. 8 is narrow at the
他の実施形態は、概略図(上側)において図9に示されるような容量性不連続部25を有し、黒色(下側)で示される導電性材料を有する誘導性素子を含む。容量性不連続部25は、スロット間の導電性ストリップに切れ目を入れることによって形成される。図9の実施形態では、切れ目25は、導電性ストリップの近位端にある。この場合、誘導線の切れ目は、この配置の容量特性をさらに高めることができる。
Another embodiment includes an inductive element having a
容量性不連続部は、多くの他の領域にも存在し得る。図10は、容量性不連続部を有する2つのさらなる実施形態を示す。図9(上側に示す)の第1の実施形態では、容量性不連続部26は、ストリップの中心にある。帯域幅の性能をフィルタリング又は同調するために、複数の不連続部27を作成し得る。図10(下側)に示す第2の実施形態は、単一の容量性ストリップ内の2つの容量性不連続部27を示す。他の実施形態では、任意の適切な数又は位置の容量性不連続部を使用し得る。
Capacitive discontinuities can also be present in many other regions. FIG. 10 shows two additional embodiments with capacitive discontinuities. In the first embodiment of FIG. 9 (shown above), the
不連続部は、様々な長さ又は空間の任意のステップ状配置28においてさらに間隔を置いて配置し得る。不連続部のステップ状配列を有する一実施形態を図11に示し、不連続部28のステップ状配列を挿入図に示す。図11の実施形態は、複数のステップ状の誘導性/容量性不連続部を有し、これらは、アンテナの長手方向及び周囲の両方において互いにオフセットされる。
The discontinuities may be further spaced in any stepped
図12は、例えば、サイズを最小化するために、整合チョークと共に使用され得るモノポールアンテナの様々な組み合わせを示す。図12(左図)に示す第1の実施形態は、ヘリカル放射素子30を含む。図12(中央図)に示される第2の実施形態は、長手方向にオフセットされた複数のスロット29を備える。図12(右図)に示す第3の実施形態は、放射素子を形成する内側導体の部分を覆う誘電体被覆31を含む。他のアンテナタイプを使用して、同じ技術で動作させることができる。アンテナタイプとリアクタンス素子の任意の適切な組み合わせを使用し得る。
FIG. 12 shows various combinations of monopole antennas that can be used with matching chokes, for example to minimize size. The first embodiment shown in FIG. 12 (left figure) includes a
多数のスロット部を用いて、表面電流の減衰をさらに高めることができる。典型的なモノポール放射パターンの例を図13に示す。図13の例では、モノポールは、整合チョーク素子のない単純な同軸構造である。図13の計算プロットにおいて、比吸収率(SAR)は、エネルギーが組織に吸収される速度の尺度を表す。このプロットは、モノポール放射素子100の周りの領域のSARを示す。最も高いSARの領域102は、放射素子に沿って後方に延びる涙形の形状を有する。 A large number of slots can be used to further enhance surface current attenuation. An example of a typical monopole radiation pattern is shown in FIG. In the example of FIG. 13, the monopole has a simple coaxial structure without a matching choke element. In the computational plot of FIG. 13, Specific Absorption Rate (SAR) represents a measure of the rate at which energy is absorbed by the tissue. This plot shows the SAR of the region around the monopole radiating element 100. Region 102 of the highest SAR has a teardrop shape extending posteriorly along the radiating element.
このプロットはスポット周波数2.45GHzに対して行った。この特定の例では、モノポールは、図14のシミュレーションされたS11反射減衰量プロットに記載されているように、関心周波数(2.45GHz)で不整合となっている。線104は、SARプロットが図13に示されているアンテナの反射減衰量を表している。この線の最低点106は、所望のスポット周波数よりも低い周波数である。図13及び14のアンテナについてのシミュレーションされた壊死のパターンが図15に示される。壊死の領域108は、放射素子に沿って後方に延びる涙形の形状を有する。 This plot was made for a spot frequency of 2.45 GHz. In this particular example, the monopole is inconsistent at the frequency of interest (2.45 GHz), as described in the simulated S11 reflection attenuation plot of FIG. Line 104 represents the amount of reflection attenuation of the antenna whose SAR plot is shown in FIG. The lowest point 106 of this line is a frequency lower than the desired spot frequency. A simulated necrosis pattern for the antennas of FIGS. 13 and 14 is shown in FIG. The necrotic region 108 has a teardrop shape extending posteriorly along the radiating element.
図13のモノポールの変形版に対する放射パターンを図16に示す。モノポール110は、図13の同じ単純な構造であるが、整合チョーク素子を有する。図13のプロットは、2.45GHzの同じスポット周波数について作成された。この計算プロットでは、比吸収率(SAR;specific absorption rate)パターン112は、縦軸において先端が切られており、アンテナフィード線表面上の表面電流の減衰を示している。第2の図は、SARパターンがアンテナの長手方向軸の周りで実質的に対称であることを示している。
The radiation pattern for the modified version of the monopole of FIG. 13 is shown in FIG. The
この特定の例において、不整合モノポールは、線114がアンテナ反射減衰量を表す図17のシミュレーションされたS11反射減衰量プロットに示されるように、関心周波数(2.45GHz)での動作を中心とした広い帯域幅にわたって改善された整合を有する。所望の周波数は、マーカー116によって示される。
In this particular example, the mismatched monopole is centered on operation at the frequency of interest (2.45 GHz), as shown in the simulated S11 reflection attenuation plot of FIG. 17, where
図16及び17のアンテナに対するシミュレーションされた壊死118のパターンが、図18に示されている。パターン118は、整合チョークを用いない設計と比較して、より球状の形状を有することが分かる。単純なアンテナ108及び整合チョーク118を有するアンテナの壊死のパターンの比較を横に並べて図19に示す。理想的な球状ゾーンが、破線円120によって示されている。整合チョークを有するパターンが所望の球状パターンにより近いことが分かる。 The simulated necrosis 118 pattern for the antennas of FIGS. 16 and 17 is shown in FIG. It can be seen that the pattern 118 has a more spherical shape as compared with the design without the matching choke. A side-by-side comparison of necrotic patterns for antennas with a simple antenna 108 and a matching choke 118 is shown in FIG. The ideal spherical zone is indicated by the dashed circle 120. It can be seen that the pattern with the matching choke is closer to the desired spherical pattern.
壊死領域の形状は、さらなる表面電流低減を加えるために、複数の誘導性導体/スロット対を使用することによって、さらに最適化し得る。全体的な設計は、アンテナの不整合、全体的なS11の整合、及び放射パターンに関してこれら全ての要因が相互作用すると平衡が取られる。 The shape of the necrotic region can be further optimized by using multiple inductive conductor / slot pairs to add further surface current reduction. The overall design is balanced when all these factors interact with respect to antenna mismatch, overall S11 alignment, and radiation pattern.
整合チョーク素子を用いて構成したモノポールアンテナの例を図20に示す。この例では、4mm×0.8mmのスロット32が、1.19mmの直径の同軸ケーブル(Sucoform47)からレーザー除去されており、幅0.5mmの容量性リング33に接合する幅0.65mm×長さ4mmの導電性相互接続部が2つ残されている。放射モノポール34を形成するように、外側導体は完全に除去されて内側導体を露出させている。図21のより詳細な写真では、外側導体35は、誘電体36を露出し、導電性ブリッジ37を残すようにレーザアブレーションされている。
FIG. 20 shows an example of a monopole antenna configured by using a matching choke element. In this example, a 4 mm x 0.8
図22に示す別の配置では、19mmのシールされたモノポールをフィードするように、Sucoform47ケーブルが、2つの3mm×1mmスロットと1.5mm容量性リングを用いて構築されている。 In another arrangement shown in FIG. 22, a Sucoform 47 cable is constructed with two 3 mm × 1 mm slots and a 1.5 mm capacitive ring to feed a 19 mm sealed monopole.
この実施形態では、スロット間に外側導体材料の導電性ストリップを残す代わりに、異なる形態の導電性相互接続部を使用した。導電性相互接続部は、スロットを形成するギャップを電気的にブリッジするように取り付けられた2本の0.45mm(25AWG)ワイヤであった。この構成は、同じ性能が他の手段によって達成され得るかどうかを検証するための代替的な(費用効果の高い)製造方法として検討された。 In this embodiment, instead of leaving a conductive strip of outer conductor material between the slots, different forms of conductive interconnects were used. The conductive interconnects were two 0.45 mm (25 AWG) wires attached to electrically bridge the gaps forming the slots. This configuration was considered as an alternative (cost-effective) manufacturing method to verify whether the same performance could be achieved by other means.
製造したアンテナは、放射パターンを決定するために、生体外ウシ肝臓(10°C貯蔵)で試験された。照射された2.45GHzマイクロ波エネルギーの70Wについて、生体外組織における放射ゾーンを図23に示す。この写真では、略円形の3cm(1.18インチ)のアブレーションゾーンを見て取ることができる。中心から外側への追加の線(図23の2時の線)は、アブレーションゾーン温度を測定するために使用された光ファイバ温度プローブ(T1S-02-WNO)を配置するための穴によって作られた。より高出力の100Wのアブレーションが同じアンテナで行われ、図24に示されている。 The manufactured antennas were tested in in vitro bovine liver (10 ° C storage) to determine radiation patterns. FIG. 23 shows the radiation zone in the in vitro tissue for 70 W of irradiated 2.45 GHz microwave energy. In this photo, a substantially circular 3 cm (1.18 inch) ablation zone can be seen. An additional line from the center to the outside (2 o'clock line in FIG. 23) is made by a hole for placing the fiber optic temperature probe (T1S-02-WNO) used to measure the ablation zone temperature. rice field. Higher power 100 W ablation is performed on the same antenna and is shown in FIG.
上述の方法は、非常に効率的かつ費用効果的な放射体を構築するために最小の材料を利用して、限られた表面電流でより所望のアブレーションパターンを生成し得ることが分かった。 It has been found that the methods described above can produce more desired ablation patterns with limited surface currents, utilizing minimal materials to construct highly efficient and cost effective radiators.
図25は、組織を治療するために全体的に110で示されるマイクロ波システムを示す。マイクロ波システム110は、マイクロ波エネルギーを供給するためのマイクロ波発生器111、同軸ケーブル112等の可撓性相互接続マイクロ波ケーブル、ハンドグリップ又はハンドピース113、及びマイクロ波アンテナ装置114を備える。マイクロ波発生器111は、ケーブル装置に提供されるマイクロ波エネルギーの周波数及び/又はケーブル装置に提供されるマイクロ波エネルギーの電力を選択するように構成されたコントローラ115を含む。
FIG. 25 shows a microwave system generally indicated by 110 for treating tissue. The
複数の実施形態では、リアクタンス素子(図25には示されていない)が、マイクロ波ケーブル112上又はその中に形成される。リアクタンス素子は、ケーブル112及びアンテナ装置114のインピーダンスを整合するように構成される。リアクタンス素子は、図1から図12に関連して上述されたリアクタンス素子のいずれかを含み得る。リアクタンス素子は、選択された動作周波数又は周波数範囲で動作するように同調し得る。
In a plurality of embodiments, a reactance element (not shown in FIG. 25) is formed on or in the
マイクロ波ケーブル112、リアクタンス素子、及びアンテナ装置114は、図1から図12のいずれかを参照して上述した任意のケーブル、リアクタンス素子、及びアンテナ装置と同様であってもよい。
The
使用時に、コントローラ115は動作周波数又は周波数範囲を選択し、マイクロ波発生器111を制御して動作周波数又は周波数範囲のマイクロ波エネルギーをマイクロ波ケーブル112に供給する。
In use, the
アンテナ装置114は、組織、例えば、ヒト患者又は他の被験体の組織内に、又はそれに隣接して配置される。アンテナ装置114は、組織にマイクロ波エネルギーを放射して、組織を加熱する。組織加熱は、アブレーションを引き起こすようなものであってもよい。
The
動作中、リアクタンス素子は、アンテナ装置114のインピーダンスをマイクロ波ケーブル112のインピーダンスに少なくとも部分的に整合させる。また、リアクタンス素子は、マイクロ波ケーブル112上の表面電流を低減又は除去する。リアクタンス素子のパラメータは、表面電流の低減に対して整合を平衡させるように選択される。複数の実施形態において、設計プロセスは、整合チョークと呼ばれ得るリアクタンス素子を設計するために使用される。放射素子(例えば、モノポールアンテナ)、マイクロ波フィード線(例えば、同軸ケーブル)、及び整合チョークは、任意の適切なシミュレーションソフトウェアを使用してシミュレーションされる。放射素子及び整合チョークのパラメータは、整合チョークがマイクロ波アンテナをマイクロ波フィード線に実質的に整合させ、同時にマイクロ波フィード線上の表面電流を低減又は除去するまで調整される。いくつかの実施形態では、所望の動作周波数で放射素子とマイクロ波フィード線との間の不整合を得るように放射素子を離調する反復設計プロセスが使用される。整合チョークのパラメータは、不整合を補償するように調整される。離調及びパラメータ調整は、マイクロ波アンテナをマイクロ波フィード線に実質的に整合させる一方で、マイクロ波フィード線上の表面電流を低減又は除去するパラメータの値が得られるまで繰り返されてもよい。整合チョークのパラメータは、例えば、スロット幅、スロット長さ、スロット位置、スロット数、リング幅、リング位置、リング数、導電性ストリップ長さ、導電性ストリップ幅、導電性ストリップ位置、ワイヤ長さ、ワイヤ幅、ワイヤ位置を含み得る。整合チョークのパラメータは、少なくとも1つのインダクタのインダクタンス値を含み得る。整合チョークのパラメータは、少なくとも1つのキャパシタの静電容量値を含み得る。
During operation, the reactance element at least partially matches the impedance of the
状況によっては、組織の種類によって整合が変わることがある。例えば、水の量が少ない組織、例えば、肺は、水の量が多い組織、例えば、肝臓ほど良好に整合しない場合がある。変化する誘電体が全体の設計にどのように影響するかに応じて、整合は改善されるか、又は低下し得る。したがって、異なる設計を異なる標的誘電体に使用し得る。設計では、誘電率43を2.45GHzで肝臓に使用し得る。誘電率20.5を2.45GHzで膨張した肺に使用し得る。誘電率48.4を2.45GHzで収縮した肺に使用し得る。 In some situations, the alignment may change depending on the type of organization. For example, tissues with low water content, such as lungs, may not match as well as tissues with high water content, eg liver. Consistency can be improved or reduced depending on how the changing dielectric affects the overall design. Therefore, different designs can be used for different target dielectrics. In the design, a dielectric constant 43 can be used for the liver at 2.45 GHz. A dielectric constant of 20.5 can be used for lungs inflated at 2.45 GHz. A dielectric constant of 48.4 can be used for lungs contracted at 2.45 GHz.
異なるケーブル直径に対して異なる設計を使用し得る。 Different designs can be used for different cable diameters.
状況によっては、スロットは短絡され、スロットの量は、減衰を改善するために倍増され得る。さらにスロットを追加すると、さらなるフィルタリング素子が追加され得る。例えば、2組の2つのスロットを使用し得る。 In some situations, the slots are shorted and the amount of slots can be doubled to improve attenuation. Adding more slots may add more filtering elements. For example, two sets of two slots may be used.
設計においては、パターンの真球度を改善するために表面波を減衰させることに高い優先順位を与えてもよい。 In the design, high priority may be given to attenuating surface waves to improve the sphericity of the pattern.
モノポールの長さは、例えば、関心周波数において10dBと12dBとの間であり得る不整合を決定する。例示的な設計では、スロットの長さを増加させるとインダクタンスが増加する。スロット導体素子9は、それが広がるにつれて静電容量を増加させる。
The length of the monopole, for example, determines a possible mismatch between 10 dB and 12 dB at the frequency of interest. In an exemplary design, increasing the slot length increases the inductance. The
導体素子の厚さが減少すると、インダクタンスは増加する。スロットの全体の長さは、スロットの上端がスロットの下端に近づくにつれて静電容量を増加させる補償効果を生じるように短くされてもよい。 As the thickness of the conductor element decreases, the inductance increases. The overall length of the slot may be shortened to produce a compensatory effect that increases capacitance as the top of the slot approaches the bottom of the slot.
リング素子11の高さは静電容量を増減させ、高さが高いほど静電容量が大きく、高さが低いほど静電容量が小さくなる。
The height of the
実際には、設計プロセスはモノポールから開始し得る。次いで、リング素子11及びスロットが導入され、所定のケーブル直径及び組織タイプについて長さ及び幅が最適化される。整合とアブレーションゾーンの形状を同時に改善するように、リング素子とスロットのパラメータが最適化される。
In practice, the design process can start with a monopole.
整合のための目標は、関心周波数において12dBから15dBの反射減衰量を達成することであり得る。上記のような設計は、非常に広帯域の周波数整合をもたらすことが分かった。整合のさらなる改善はアブレーション形状を犠牲にする可能性があり、その逆もあり得ることが分かった。 The goal for matching may be to achieve a reflection attenuation of 12 dB to 15 dB at the frequency of interest. Designs such as those described above have been found to provide very wide bandwidth frequency matching. It has been found that further improvements in alignment can sacrifice the ablation shape and vice versa.
上述の実施形態では、モノポールアンテナが同軸ケーブルから形成される。モノポールアンテナは、同軸ケーブルの内側導体の露出部分を含む。他の実施形態では、アンテナは、任意の適切なやり方で同軸ケーブルから形成されてもよく、又は同軸ケーブルに結合されてもよい。 In the above embodiment, the monopole antenna is formed from a coaxial cable. The monopole antenna includes an exposed portion of the inner conductor of the coaxial cable. In other embodiments, the antenna may be formed from coaxial cable or coupled to coaxial cable in any suitable manner.
上記の実施形態は同軸ケーブルに関して説明されているが、他の実施形態では、任意の適切な伝送線を使用し得る。任意の適切なリアクタンス素子は、伝送線内又は伝送線上に形成されてもよい。 The above embodiments are described with respect to coaxial cable, but in other embodiments any suitable transmission line may be used. Any suitable reactance element may be formed in or on the transmission line.
本発明は、純粋に例として上述したものであり、詳細の修正は、本発明の範囲内で行うことができることが理解されよう。明細書に開示された各特徴、並びに(適切な場合には)請求項及び図面は、独立して又は任意の適切な組合せで提供され得る。
It will be appreciated that the invention is purely described above as an example and that detailed modifications can be made within the scope of the invention. Each feature disclosed herein, as well as claims and drawings (where appropriate), may be provided independently or in any suitable combination.
Claims (23)
前記放射素子と、
前記マイクロ波フィード線の中又は上に形成されるリアクタンス素子と
を備え、
前記動作周波数又は周波数範囲は、前記リアクタンス素子が、前記放射素子のインピーダンスと前記マイクロ波フィード線のインピーダンスとの間に所望の程度の整合を提供すると共に、前記フィード線の接地に流れる表面電流を低減又は除去するように選択される、マイクロ波装置。 With a microwave feed line configured to deliver microwave energy with a selected operating frequency or frequency range to a radiating element extending from or coupled to the distal end of the microwave feed line. ,
With the radiant element
The reactance element formed in or on the microwave feed line is provided.
The operating frequency or frequency range is such that the reactance element provides a desired degree of matching between the impedance of the radiating element and the impedance of the microwave feed line and the surface current flowing to the ground of the feed line. A microwave device selected to reduce or eliminate.
選択された動作周波数又は周波数範囲を有するマイクロ波エネルギーを生成するように前記マイクロ波発生器を制御するように構成されるコントローラと、
マイクロ波フィード線の遠位端から延びるか又は前記遠位端に結合される放射素子に前記マイクロ波エネルギーを送達するように構成されるマイクロ波フィード線と、
前記放射素子と、
前記マイクロ波フィード線の中又は上に形成されるリアクタンス素子と
を備え、
前記動作周波数又は周波数範囲は、前記リアクタンス素子が、前記放射素子のインピーダンスと前記マイクロ波フィード線のインピーダンスとの間に所望の程度の整合を提供すると共に、前記フィード線の接地に流れる表面電流を低減又は除去するように選択される、マイクロ波システム。 With a microwave generator,
A controller configured to control the microwave generator to generate microwave energy with a selected operating frequency or frequency range.
A microwave feed wire configured to deliver said microwave energy to a radiating element extending from or coupled to the distal end of the microwave feed wire.
With the radiant element
The reactance element formed in or on the microwave feed line is provided.
The operating frequency or frequency range is such that the reactance element provides a desired degree of matching between the impedance of the radiating element and the impedance of the microwave feed line and the surface current flowing to the ground of the feed line. A microwave system selected to reduce or eliminate.
マイクロ波フィード線の遠位端から延びるか又は前記遠位端に結合される放射素子に前記マイクロ波フィード線によって前記マイクロ波エネルギーを送達するステップであって、前記マイクロ波フィード線の中又は上にリアクタンス素子が形成されるステップと
を含み、
前記動作周波数又は周波数範囲は、前記リアクタンス素子が、前記放射素子のインピーダンスと前記マイクロ波フィード線のインピーダンスとの間に所望の程度の整合を提供すると共に、前記フィード線の接地に流れる表面電流を低減又は除去するように選択される、方法。 A step of controlling the microwave generator to generate microwave energy with a selected operating frequency or frequency range,
A step of delivering the microwave energy by the microwave feed line to a radiating element extending from or coupled to the distal end of the microwave feed line, in or on the microwave feed line. Including the step of forming the reactorance element in
The operating frequency or frequency range is such that the reactance element provides a desired degree of matching between the impedance of the radiating element and the impedance of the microwave feed line and the surface current flowing to the ground of the feed line. A method selected to reduce or eliminate.
マイクロ波フィード線の遠位端から延びるか又は前記遠位端に結合される放射素子の選択された周波数又は周波数範囲で動作をシミュレーションするステップと、
反復設計手順を実行するステップであって、
前記放射素子の離調をシミュレーションすること、及び
前記マイクロ波フィード線の中又は上に形成されるリアクタンス素子のリアクタンス特性を選択すること
を含むステップと
を含み、
前記選択された周波数又は周波数範囲で、前記リアクタンス素子の前記リアクタンス特性が、前記放射素子のシミュレーションされたインピーダンスと前記マイクロ波フィード線のシミュレーションされたインピーダンスとの間に所望の程度の整合を提供すると共に、前記フィード線の接地に流れるシミュレーションされた表面電流を低減又は除去するまで、前記反復設計手順が繰り返される、方法。 How to design a microwave device
A step of simulating operation at a selected frequency or frequency range of a radiating element extending from or coupled to the distal end of a microwave feed line.
A step to perform an iterative design procedure
The steps include simulating the detuning of the radiating element and selecting the reactance characteristics of the reactance element formed in or on the microwave feed line.
At the selected frequency or frequency range, the reactance characteristics of the reactance element provide the desired degree of matching between the simulated impedance of the radiating element and the simulated impedance of the microwave feed line. A method in which the iterative design procedure is repeated until the simulated surface current flowing through the ground of the feed line is reduced or eliminated.
前記同軸ケーブルの遠位端において、放射アンテナ素子を形成するように、前記同軸ケーブルの外側導体の遠位部分を選択的に除去して内側導体の遠位部分を露出させるステップと、
前記同軸ケーブルの前記外側導体の少なくとも1つのさらなる部分を選択的に除去することによって、前記同軸ケーブルの前記外側導体に少なくとも1つの開口部を形成するステップと
を含み、
前記少なくとも1つの開口部のパラメータは、選択された動作周波数又は周波数範囲で動作したときに、前記放射素子のインピーダンスと前記マイクロ波フィード線のインピーダンスとの間に所望の程度の整合を提供すると共に、前記フィード線の接地に流れる表面電流を低減又は除去するように選択される、マイクロ波装置を製造する方法。 With the steps to provide coaxial cable,
A step of selectively removing the distal portion of the outer conductor of the coaxial cable to expose the distal portion of the inner conductor so as to form a radiating antenna element at the distal end of the coaxial cable.
Including the step of forming at least one opening in the outer conductor of the coaxial cable by selectively removing at least one additional portion of the outer conductor of the coaxial cable.
The parameters of the at least one opening provide the desired degree of matching between the impedance of the radiating element and the impedance of the microwave feed line when operated in a selected operating frequency or frequency range. , A method of manufacturing a microwave device selected to reduce or eliminate surface current flowing through the ground of the feed line.
Selective removal of the at least one additional portion of the outer conductor is sawing, slicing, cutting, burning, melting, erosion, flattening, polishing, hydroforming, machining, laser cutting, etching, acid erosion. The method of claim 22 or 23, comprising at least one of.
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